三相交流电路-教学 PPT课件

情景1三相交流电路 概述 目前电力工程上普遍采用三相制供电 由三个幅值相等 频率相同 我们国家电网频率为50HZ 彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的供电系统 前面讲的交流电路 实际是三相电路的一相 因而称单相交流电路 另一方面 三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路 因而前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法 在此仍然适用 三相制供电比单相制供电优越 在发电方面 三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大 在输电方面 如果以相同电压将相同大小的功率输送到相同距离 三相输电线比单相输电线节省材料 在用电设备方面 三相交流电动机比单相电动机结构简单 体积小 运行特性好等等 因而三相制是目前世界各国的主要供电方式 1 三相交流发电机主要组成部分 电枢 是固定的 亦称定子 定子铁心内圆周表面有槽 放入三相电枢绕组 磁极 三相绕组 n 单相绕组 是转动的 亦称转子 三相绕组的三相电动势幅值相等 频率相同 彼此之间相位相差120 铁心 绕组 A X 任务1三相电源与三相负载 活动1 三相交流电动势的产生 三相对称电动势的产生 由于电机结构的原因 这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等 频率相同 彼此之间相位相差120 可将其表示为 2 相量形式 3 对称正弦量幅值相等 频率相同 相位互相差120 的正弦量 对称正弦量特点为 120 120 120 三相电压相量图 4 正弦量的相序 三相交流电在相位上的先后次序称为相序 上述的三相电源的相序为A B C 在电力系统中一般用黄 绿 红区别A B C三相 顺序 相序为A B C 逆序 相序为A C B 三相发电机中各绕组电动势到达幅值 或零值 的先后次序 活动2三相电源的联接1 星形联接 N 中点或零点 把发电机三相绕组的末端接成一点 而把始端 作为与外电路相联接的端点 这种联接方式称为电源的星形联结 火线 中线或零线 火线 火线 线电压 相电压 目前 我国供电系统线电压380V 相电压220V 三相四线制 N 中点或零点 火线 中线或零线 火线 火线 线电压 相电压 根据KVL 各线电压与相电压之间的关系为 三相电源各电压间的相量关系 线电压的有效值用表示 相电压的有效值用Up表示 由相量图可知它们的关系为 2 形联结 发电机三相绕组依次首尾相联 引出三条线 称为三角形联结 如果三相电源电动势对称 则三相电压的相量和为零 即 如果将某一相绕组接反 三角形回路中的总电压为 对称 交流电路中的用电设备 大体可分为两类 一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三相负载 如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等 则为对称负载 如三相电动机 另一类是只需接单相电源的负载 它们可以按照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上 对于电源来说它们也组成三相负载 但各相的复阻抗一般不相等 所以不是三相对称负载 如照明灯 活动3三相负载的联接 1 Y形联结 N 负载中电流 略线路阻抗 中性线中的电流为 若负载对称 即 对称负载相量图 对称负载可以去掉中线 三相交流电动机 如果三相负载对称 中线中无电流 故可将中线除去 而成为三相三线制系统 但是如果三相负载不对称 中线上就会有电流IN通过 此时中线是不能被除去的 否则会造成负载上三相电压严重不对称 使用电设备不能正常工作 三相电动势和负载对称 各相电压和电流也都对称 只要某一相电压 电流求得 其他两相就可以根据对称关系直接写出 各相电流仅由各相电压和各相阻抗决定 各相计算具有独立性 三相对称电路计算可归结为一相来计算 例1 1 星形联接的三相负载 每相电阻R 6 感抗XL 8 电源电压对称 设 试求电流 解 因为负载对称 计算一相即可 现以U相为例 在具有电阻 电感和电容的电路里 对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗 阻抗常用Z表示 是一个复数 实部称为电阻 虚部称为电抗 其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗 电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗 阻抗的单位是欧 负载是电阻 电感的感抗 电容的容抗三种类型的复物 复合后统称 阻抗 写成数学公式即是 阻抗Z R j XL XC 其中R为电阻 XL为感抗 XC为容抗 如果 XL XC 0 称为 感性负载 反之 如果 XL XC 0称为 容性负载 所谓谐振 按电路理论 它是正弦电压加在理想的 无寄生电阻 电感或电容串联电路上 当正弦频率为某一值时 容抗与感抗相等 电路的阻抗为零 电路电流达到无穷大 如果正弦电压加在电感和电容并联电路上 当正弦电压频率为某一值时 电路的总导纳 导纳是阻抗的倒数 为零 电感 电容元件上电压为无穷大 前者称为串联谐振 后者称为并联谐振 例1 2 在如图 a 所示的三相四线制电路中 外加电压UL 380V 试求各相负载电流及中线电流 解 相电压 选 为参考相量 则 中线电流为 中线的作用 中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的电压 同时又为星形联接的不对称负载提供对称的220V相电压 因此 为了保证负载的相电压对称 在中线的干线上是不准接入熔断器和开关的 而且要用具有足够机械强度的导线作中线 活动4 负载的三角形联接 形 若忽略端线阻抗 ZL 0 则电路具有以下关系 iC A B C iB iA iCA iBC iAB uAB uBC uCA 2 负载线 相电流之间的关系 线 相电压对应相等 1 负载线 相电压之间的关系 各相负载相电流分别为 各相负载的电压与电流相位差分别为 2 负载线 相电流之间的关系 根据KCL 负载线 相电流之间的关系为 若负载对称 即 和 则负载相电流也是对称的 即 显然三个线电流也对称 若有效值用Il表示 则有IA IB IC Il 且 相位上 线电流滞后相应的相电流30o iC A B C iB iCA iBC iAB uAB uBC uCA 3 各线电流由两相邻相电流决定 在对称条件下 线电流是相电流的倍 即 且滞后于相应的相电流30 由上述可知 在负载为三角形联接时 相电压对称 若某一相负载断开 并不影响其他两相的工作 相量图 例1 3 如图所示的三相三线制电路中 各相负载的复阻抗Z 6 j8 外加线电压380V 试求正常工作时负载的相电流和线电流 式中 每相阻抗为 则线电流为 解 由于是对称电路 所以每相相电流为 例1 4 在图示的电路中 设三相对称电源线电压为380V 三角形联接的对称负载每相阻抗Z 4 j3 试求各相电流与线电流 并作相量图 解 设 各线电流 U相电流 其余两相电流 不对称三相电路计算不对称三相电路 三相电源不对称或各相负载阻抗不相等时 电路中的各相电流是不对称的 三相电源的不对称程度很小 可近似地当作对称来处理 例1 5 电路如图 若不对称 形负载接于对称三相电源上 电源相电压为220V U相接一只220V 100W灯泡 V相 W相各接入一只220 200W灯泡 中线阻抗不计 求各相电流和中线电流 解中线阻抗不计 各相电压对称 三相可以分别计算 三相负载的联接原则 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压 而与电源的联接方式无关 三相电动机绕组可以联结成星形 也可以联结成三角形 而照明负载一般都联结成星形 具有中性线 N L1 L2 L3 负载的额定电压 电源的线电压 负载的额定电压 电源的相电压 电灯等单相负载为三相四线制 电动机负载为三相三线制 两者皆为星形联接 电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式 三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压决定 当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联接 当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联接 注意 三相四线制 三角形联接 星形联接 负载对称时 任务2三相电路的功率 三相总有功功率 三相电路的功率 在三相负载对称的条件下 例1 6 对称三相电源线电压380V 形对称负载每相阻抗Z 12 j16 试求各相电流和线电流 如将负载改为 形对称接法 求各相电流和线电流 分别计算 形 形接法时的三相总功率 解 由 形接法可知 相电压为线电压的 取U相为参考相 则线电压 各相电流 对称关系 形接法 三相功率 形接法时 相电流 线电流 三相功率 灯组 若R1 5 R2 10 R3 20 一星形联结的三相电路 电源电压对称 设电源线电压 负载为电 例1 7 照明系统故障分析 解 1 A相短路 1 中性线未断 此时L1相短路电流很大 将L1相熔断丝熔断 试分析下列情况 1 L1相短路 中性线未断时 求各相负载电压 中性线断开时 求各相负载电压 2 L1相断路 中性线未断时 求各相负载电压 中性线断开时 求各相负载电压 而L2相和L3相未受影响 其相电压仍为220V 正常工作 10 20 10 此情况下 L2相和L3相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压 220V 这是不允许的 2 L1相短路 中性线断开时 此时负载中性点N 即为L1 因此负载各相电压为 2 L1相断路 2 中性线断开 L2 L3相灯仍承受220V电压 正常工作 1 中性线未断 变为单相电路 如图 b 所示 由图可求得 L1相灯不亮 10 20 10 例1 8 某大楼的系统供电线路图如下图所示 某一天 该大楼电灯突然发生故障 第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来 而第一层楼电灯亮度不变 试问这是什么原因 同时发现 第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些 这又是什么原因 本系统供电线路图 讨论 1 分析得 当E处断开时 二 三层楼的灯串联接380V电压 亮度变暗 一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变 2 因为三楼灯多于二楼灯即R3 R2 所以三楼灯比二楼灯暗 解 L1 N 三层 二层 一层 L2 L3 三相三线制 线电压 380V Z A C B 一楼 二楼 三楼 220V 100W 某三层楼房 若每层装入照明灯的盏数及每盏灯的额定功率完全相同 试分析能否采用图示三相三线制的接线方式供电 N 照明系统分析 三相三线制 线电压 380V 情况1 一楼全部断开 二 三楼全部接通 二 三两层楼的灯承受的电压是380V线电压UBC 结果 每盏灯上的电压为190V 电灯变暗 Z A C B 一层楼 二层楼 三层楼 220V 100W N A C B 情况2 一楼的灯全断 三楼的灯全通 二楼有1 4接通 结果 二楼灯泡的电压超过额定值 灯泡被烧毁 A C B R2 R3 三相交流电路的小结 1 三相电源 三相三线制 三相四线制 三相交流电路的小结 2 三相负载 星形负载 三角形负载 三相交流电路的小结 3 三相电路计算 负载对称时 电压对称 电流对称 只需计算一相 三相电路的计算要特别注意相位问题 三相交流电路的小结 4 三相功率计算 三相总功率 有一三相电动机 每相的等效电阻R 29 等效感抗XL 21 8 试求下列两种情况下电动机的相电流 线电流以及从电源输入的功率 并比较所得的结果 1 绕组联成星形接于Ul 380V的三相电源上 2 绕组联成三角形接于Ul 220V的三相电源上 例1 解 1 2 比较 1 2 的结果 有的电动机有两种额定电压 如220 380V 当电源电压为380V时 电动机的绕组应联结成星形 当电源电压为220V时 电动机的绕组应联结成三角形 在三角形和星形两种联结法中 相电压 相电流以及功率都未改变 仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大倍 三相对称负载作三角形联结 Ul 220V 当S1 S2均闭合时 各电流表读数均为17 3A 三相功率P 4 5kW 试求 1 每相负载的电阻和感抗 2 S1合 S2断开时 各电流表读数和有功功率P 3 S1断 S2闭合时 各电流表读数和有功功率P 例2 解 1 由已知条件可求得 2 S1闭合 S2断开时 I1 I3 10AI2 17 32A 流过电流表L1 L3的电流变为相电流IP 流过电流表L2的电流仍为线电流Il 因为开关S均闭合时每相有功功率P 1 5kW 当S1合 S2断时 Z12 Z23的相电压和相电流不变 则P12 P23不变 P P12 P23 3kW I2 0A 3 S1断开 S2闭合时 变为单相电路 I31仍为相电流IP I12 I23变为1 2IP I1 I3 10A 5A 15A I12 I23变为1 2IP 所以L1L2 L2L3相的功率变为原来的1 4 P 1 4P12 1 4P23 P31 0 375W 0 375W 1 5W 2 25kW 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明 需装40瓦日光灯210盏 cos 1 0 5 60瓦白炽灯90盏 cos 2 1 它们的额定电压都是220V 由380V 220V的电网供电 试分配其负载并指出应如何接入电网 这种